氢氧燃料电池的原理

氢氧燃料电池的原理

料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。

具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。

工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。

利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。

一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2-4e-==4H+正极反应式为：O2+4H++4e-==2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。依据电解质的不同，燃料电池(FuelCell,FC)分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（pAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（pEMFC）等。其中属于碱性燃料电池的只有AFC一种，而其余的燃料电池均属于酸性燃料电池，不存在所谓的中性燃料电池，只有电解质为弱酸或弱碱而接近中性的燃料电池。

燃料电池的电极反应式与其电解质的酸碱性紧密联系。

当电解质溶液接近中性时：

负极：2H2-4e=4H+正极：O2+4e+2H2O=4OH-

当电解质溶液呈酸性时：

负极：2H2-4e=4H+正极：O2+4e+4H+=2H2O

当电解质溶液呈碱性时：

负极：2H2-4e+4OH-=4H2O正极：O2+4e+2H2O=4OH-

注意所有的电子e都省略了负号上标，书写时应当加上。